JPS6025381B2 - 光ファイバ被膜用炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光フアィバの表面に連続的且つ高速で被膜す
るための光ファィバ被膜用炉に関する。

被膜されていない株の光フアィバは、摩耗あるいは大気
中における水蒸気、ナトリウム等の吸湿性汚染物により
化学的に腐食し易い。水分を含む種々の化学物質は光フ
アィバに化学反応を起して、該光フアィバの光学特性が
劣化しまた機械的強度が低下する。上述の欠点を解消す
るために光フアィバ上を被膜して耐摩耗、耐腐食性とす
る必要がある。

その被膜方法の１つとして光フアィバをアプリケータ（
ａｐｐｌ；ｃａｔｏｒ）中を通過させることにより有機
化合物を被膜する。その場合にアプリケータでは、貯蔵
部から供給されるプリポリマによって被膜を行う。次に
、光フアィバは巻取ドラムに巻取られる前に硬化城を通
過させることによって、被膜が重合形成される。前記ア
プリケータにおけるフアィバ導入口は広くそして導出口
は狭い。この導出口によって光フアィバに形成される被
膜の厚さが定まる。以上のことについては、１９７７年
２月２２〜２４印こ行われた米国光学学会の光学繊維伝
送第２部会議でェー・シー・ハート・シュニア他による
“オプチカル・フアィバ・ウェーブガイドに施される被
膜の改良された形成技術”の論文を参照されたい。また
耐摩耗性および耐腐食性の被膜を形成する別の方法とし
て、アルミニウムやすずの金属を溶融した後、該溶融金
属中を光フアィバを通した後被膜を凝固させるものであ
る。

なおこれについては例えば１９７８手６月１９日の“コ
ンファレンス・オン・フイジツクス・オブ・フアイバ・
オプチツクス”におけるディー・エー・ピノ−他による
“強度の大きい被膜付の光フアィバ・ウェーブガイドの
形成過程”の論文を参照されたい。これらの従来方法で
は、有機体被膜における吸湿性汚染の問題点を開示して
いない。

また物理的沈積による金属被膜の場合でも、当該物理的
沈積技術によって形成される金属被膜はかなりの厚さ（
２０〜４０山ｍ）となり更にはこの被膜を中心対称に付
着させることが難しいが、これが被膜の高度の弾性と合
いまってマイクロベンドの問題を回避することが困難に
なる。また、溶融金属を付着させる温度は金属の溶融点
よりわずかに高い狭い温度範囲に限られるため、被膜材
料の選択が限定される。本発明の一実施例によれば、化
学気相堆積法（以下ＣＶＤ法という）により反応室中を
連続的に光ファィバを通過させ、もってフアィバの上に
厚さ数Ａから１０００△以上の被膜が生成できる。

この反応室を周囲の大気から隔離するために該反応室の
入口および出口の両側に隔離室が設けられており、そし
て該両隔離室は光フアィバが反応室を連続的に通過し得
るように構成されている。また、被膜の生成前に光フア
ィバの表面が他の物に接触して汚染されることにより強
固な被膜の生成がさまたげられることを防止するため、
光フアィバが反応室に入るまでに通過する隔離室の峡さ
く部の内径を充分に大きくとっておく。所定の反応温度
を得るために反応ガスを加熱するいくつかの方法がある
。またある種の被膜については温度および枕鏡レートを
適当に選択することにより、非晶質固体の被膜が形成さ
れる。以下図面を用いて本発明を詳述する。

図は本発明の一実施例による光フアィバ被膜用炉の概略
構成図であ。

本発明実施例ではＣＶＤ法を採用している。なおこのＣ
ＶＤ法は他の分野例えば半導体プ。セスで通常用いられ
ているものであるが、そこで用いられている様な方法は
光フアィバ用としては適切ではない。光フアィバが巻取
ドラムに巻取られる前に、該光フアィバ上に被膜を高速
で且つ連続的に生成することが必要である。本発明はか
かる要請に応えるものである。図において、炉壁に配列
されている４つの開口部１１，１３，１５および１７は
、被膜されるべき光フアィバ１０を連続的に送込みそし
て引出されるようになっている。またこれら開口部１１
，１３，１５および１７の内径は充分に大きくとられて
いるので、光ファイバー０と炉壁とが接触することはな
い。よって汚染物質が炉壁から光フアィバ１川こ付着す
ることが防止される。光フアィバ１０は先ず閉口部１１
を介して第１隔離室１２に送込まれる。しかる後反応室
１４で被膜され、そして開口部１５、第２隔離室１６お
よび開ロ部１７を経て引出される。前記両隔離室１２，
１６は反応室１４を周囲の大気から隔離するもので、そ
れぞれ不活性ガスの導入口１８，１９が設けられている
。両隔離室１２，１６における圧力は、両閉口部１１，
１７から炉内に周囲大気が流入しないような圧力とする
ために該周囲大気圧に応じて設定される。本例に利用す
るＣＶＤ法においては、化学物質同士が化学反応して光
フアィバの表面上に所定の被膜が形成される。この反応
は光ファィバの表面上で進行するか、或は気相中で一様
に進行した後、反応生成物が光フアィバ上に沈積する。
また上記両プロセスの組合わせで反応全体が進行するこ
ともある。炉内への熱ェネルギは周知のようにマイクロ
波もしくは高周波プラズマにより又は光化学的な励起に
より供給し、もって反応ガスの活性化を促進することが
できる。なお後に述べる如く（第３例）金属あるいは金
属化合物被膜にも、この技術は利用できる。反応ガスは
流入口２０から導入され、そして流出口２１から排出さ
れる。加熱コイル２２により、炉内の反応ガスは所定温
度に維持される。加熱コイル２２への給電は通常の商用
電源によって行われる。ＣＶＤ法により光フアィバに各
種の被膜を付けることができる。

この被膜としてはたとえば窒化珪素、珪素、燐ガラ ス
（ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅｇａｓｓｅｓ）、珪
士、酸化すず、酸窒化珪素、棚素および窒化棚素がある
。更に従釆からあるＡＩやＳｎの様な多結晶被膜を光フ
アィバ上に付けることも、従来方法では不可能だった被
膜と同様にしてできる。本発明によれば被膜は光ファィ
バを中心にして均一に付くため、非常に薄い被膜によっ
て光フアィバを保護することができる。これによりマイ
クロベンド‘こよる損失の危険をさげることができる。
また反応ガスを反応室に導入する前にガスを子熱するこ
ともできる。そのかわりに、反応ガスを低温に、また光
フアィバを高温にすることにより、炉壁への被膜を避け
ることができる。この場合母材からの光フアィバの引出
し部であるネックダウン点の直後の光フアィバがまだ充
分に高温である間に反応ガスを導入することが必要であ
る。別な方法では、フアィバ上にし−ザビームを照射す
ることにより反応室内部の光フアィバを加熱するように
してもよい。反応ガスの分圧を変化することにより被膜
の特性が連続的に変えられる。

分圧を変化させることにより、珪素と窒素との比をある
範囲内で変化させることができる。ある選択された被膜
を次費形成するのに種々の反応ガスがある。例えばアン
モニア、窒素もしくはヒドラジンが使用され得、そして
シラン、トリクロルシラン、四塩化珪素、四フッ化珪素
、四ョウ化珪素あるいは四臭化珪素と反応し得る。反応
物質として酸素を用いることもできる。この場合酸素は
純粋な酸素、二酸化炭素、硝酸或は亜酸化窒素の形で与
えられる。分圧を変化することにより、被膜の成分範囲
はＳｉ３Ｎ４からＳｉ○２そしてＳｉまで可能である。
以下実験例を示す。

第１例 温度、引出し速度および反応ガスの流速あるいは分圧を
変化することによって、光フアィバの被膜の厚さおよび
物理的特性を制御することができる。

例えば約３００△の窒化珪素被膜を直径１４０山ｍの光
フアイバ上に形成する場合、反応室は長さ３０ので直径
２．＆スであった。そして反応室中の温度を１０００℃
にした場合、０．２８ｈ／秒の速度でフアイバを引張り
通過させることができる。反応ガスは、窒素のキャリア
ガスを伴うアンモニアおよびシランであり、その場合の
流速はシランで２５ｃｃ／分、アンモニアで３２００ｃ
ｃ／分、窒素は１４００ｃｃ／分である。第２例 第１例に掲げた装置を用い且つ温度９００℃にある反応
室を速度０．３２ｈ／秒で直径１４０ムｍのフアィバを
引張った場合、約２００Ａの酸窒化珪素被膜が形成され
た。

流速は、シランについては５００ｃｃ／分、アンモニア
については２６００ｃｃ／分そして窒素については１２
００ｃｃ／分であった。なお、反応ガスの成分中には酸
窒化珪素の一成分たる酸素は含まれていない。この酸素
の供給は、両隔離室１２，１６におけるシールを意図的
に低下させて、外気中の酸素を導入することによりなさ
れる。すなわち、両隔離室１２，１６における窒素圧の
調整によって、反応室へ流入する周囲の酸素量を調整す
ることができる。第１例および第２例で特定された実験
状態の範囲内で窒化珪素および酸室化珪素で被膜された
フアイバにおいて、周囲条件下で引張り試験をしたとき
の応力比パラメータｎは４０〜５０であった。

これに対して無被膜のＳｊ０２フアィバでのパラメータ
ｎは２０〜２５である。第３例 アルミニウムでもＣＶＤ法によってフアィバ上に被膜を
堆積することができる。

この場合、反応ガスとしてトリメチールアルミニウム（
ＴＭＡ）およびキャリアガスとして水素を用いた反応室
の中に光フアィバを置いた。流速はＴＭＡについては５
〜１００ｃｃ／分の範囲、水素については１００〜１０
０００ｃｃ／分の範囲で、そしてこれらのガスは高周波
加熱手段によって６００００に加熱した。第４例第１例
に掲げた反応室で直径１４０山ｍのフアィバに棚素およ
び窒化棚素の被膜を形成することができた。

この場合反応室の温度は１１００００で、流速は三塩化
棚素については１〜１００ｃｃ／分、アンモニアについ
ては０〜２０００ｃｃ／分そして水素については０〜１
５０ｃｃ／分であった。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例による光フアィバ被膜用炉の概略
説明図で、１０・・・・・・光フアィバ、１２，１６・
・・・・・隔離室、１４・・・・・・反応室、１８，１
９・・・・・・不活性ガスの導入口、２０，２１・・・
・・・反応ガスの流入口、排出口、２２・・・・・・加
熱コイルである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光フアイバに連続的に被膜を形成するために光フア
   イバ被膜用炉においてて、 第１および第２の開口部と
   不活性気体の導入口とを有する第１隔離室と、 第３お
   よび第４の開口部と不活性気体の導入口とを有する第２
   隔離室と、 前記第２および第３の開口部を介して夫々
   前記第１および第２の隔離室と連通され更に反応気体の
   循環のための手段を有する反応室とを設け、 光フアイ
   バが前記第１の開口部から第４の開口部へ連続的に通過
   できる様に前記第１、第２、第３および第４の開口部を
   整列するとともに前記光フアイバが非接触的に前記反応
   室に入れる様に前記第１および第２の開口部の内径を充
   分に大きくしたことを特徴とする光フアイバ被膜用炉。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の光フアイバ被膜用炉に
   おいて、 前記第１の開口部を前記光フアイバの母材か
   らの引出し部の直近に設け、以つて高温の光フアイバを
   炉内に導入できる様にしたことを特徴とする光フアイバ
   被膜用炉。